Вчені знайшли бактерію з дивним «апетитом»: її фермент здатен розкладати деякі види пластику, але водночас він може руйнувати пеніцилін. Це відкриття може допомогти зрозуміти, як мікроорганізми пристосовуються до пластикового забруднення — і чому серед них можуть з’являтися механізми стійкості до антибіотиків.
Дослідники з Університету Констанца виявили фермент із незвичайною структурою. Його активний центр має широкий «вхід», тому вчені жартома назвали його «ферментом-Пакменом» — за аналогією з персонажем, який поглинає все на своєму шляху.
Бактерії буквально прогризали пластик
Щоб з’ясувати, чи здатні мікроорганізми розкладати сучасні біопластики, дослідники закопали зразки матеріалу в ґрунт у ботанічному саду. Через рік на поверхні плівки вони побачили дивні мікроскопічні отвори. Їхній розмір і форма відповідали приблизно окремим бактеріальним клітинам.
Схоже, бактерії буквально «прогризали» собі шлях усередину матеріалу, використовуючи ферменти, закріплені безпосередньо на поверхні клітин. Подальший аналіз ДНК ґрунтової мікробної спільноти допоміг знайти ген, який особливо активно працював саме там, де розкладався пластик.
Біопластик зникав, звичайний пластик — ні
У лабораторних експериментах різниця виявилася дуже помітною. LCAP та інші біопластики повністю розкладалися приблизно за 250–330 днів. Для порівняння, целюлоза зникала приблизно за 80 днів.
А от HDPE — поширений тип звичайного пластику — практично не руйнувався. Це важлива деталь: відкритий фермент не є універсальним «пожирачем пластику». Він працює передусім із матеріалами, у молекулах яких є хімічні зв’язки, доступні для атаки ферменту.
І тут з’явилася головна загадка
Коли вчені дослідили структуру ферменту, вони помітили його схожість із бета-лактамазами — ферментами, які деякі бактерії використовують для руйнування певних антибіотиків. Подальший експеримент підтвердив дивний результат: фермент справді здатен розщеплювати пеніцилін. Тобто одна й та сама молекулярна система може атакувати поліестер і водночас руйнувати антибіотик.
Це ще не означає, що пластикове забруднення безпосередньо створює небезпечні бактерії або що новий фермент уже спричиняє стійкість до антибіотиків. Але знахідка показує, що механізми, які допомагають мікроорганізмам використовувати нові матеріали, можуть мати несподівані побічні ефекти.
Пластик уже створив власну екосистему
На поверхні пластикового сміття в природі живуть цілі спільноти мікроорганізмів. Науковці навіть дали цьому середовищу окрему назву — «пластисфера». Бактерії, гриби та інші мікроорганізми поступово колонізують штучні матеріали. Проблема лише в тому, що більшість сучасного пластику для них хімічно надто складна.
Нова знахідка показує: деякі мікроорганізми вже можуть пристосовуватися до полімерів, які ще недавно здавалися майже недоступними для біологічного розкладання.
Втім, перетворити це відкриття на спосіб очищення океанів від пластикового сміття поки не вийде. Значно перспективнішим підходом дослідники вважають використання матеріалів, у молекулах яких від початку є «хімічні точки зламу», доступні для мікробних ферментів.
І тут відкриття «ферменту-Пакмена» може мати набагато ширше значення: майбутнє екологічних матеріалів може залежати не від того, наскільки добре пластик захищений від бактерій, а навпаки — від того, наскільки розумно він спроєктований для їхньої роботи.